《電子技術(shù)應(yīng)用》
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H.264 FRExt技術(shù)及其應(yīng)用
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摘要: JVT于2004年完成了H.264FRExt(Highprofile)標(biāo)準(zhǔn)的制定,該部分主要針對(duì)高分辨率和高清晰度有特別要求的專業(yè)應(yīng)用。本文介紹了H.264FRExt中的主要技術(shù)特點(diǎn),并分析了其應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞: MPEG 3G H.264
Abstract:
Key words :

一、簡(jiǎn)介

        當(dāng)今編碼性能最好的視頻編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)H.264為ISO/IEC之下的MPEG標(biāo)準(zhǔn)組與ITU-TSG16之下的VCEG標(biāo)準(zhǔn)組聯(lián)合組建的工作組JVT所制定,ITU稱之為H.264,MPEG稱之為MPEG-4Part10,此外還可以稱為AVC、H.26L、JVT標(biāo)準(zhǔn)。JVT于2003年5月完成H.264基本部分標(biāo)準(zhǔn)制定工作,包含Baselineprofile、Extended profile和Main profile,分別包括不同的編碼工具,如表1所示。

        在2004年7月,JVT又完成了H.264FRExt(即:FidelityRangeExtensions)擴(kuò)展部分(Amendment)的制定工作,包括High profile(HP)、High 10 profile(Hi10P)、High 4:2:2 profile(Hi422P)、High 4:4:4 profile(Hi444P) 4個(gè)profile。此外,JVT于2005年1月開始進(jìn)行H.264的一個(gè)新擴(kuò)展部分分層編碼SVC的標(biāo)準(zhǔn)制定工作,計(jì)劃于2006年底完成。本文主要介紹H.264 FRExt中的主要技術(shù)點(diǎn)及其應(yīng)用情況。 

       

二、FRExt技術(shù)特點(diǎn)

1.FRExt4個(gè)profile

        H.264Baselineprofile、Extendedprofile和Main profile都是針對(duì)8位樣本數(shù)據(jù)、4:2:0格式的視頻序列,F(xiàn)RExt將其擴(kuò)展到8~12位樣本數(shù)據(jù),視頻格式可以為4:2:0、4:2:2、4:4:4,設(shè)立了High profile(HP)、High 10 profile(Hi10P)、High 4:2:2 profile(Hi422P)、High 4:4:4 profile(Hi444P) 4個(gè)profile,這4個(gè)profile都以Main profile為基礎(chǔ),并且為逐漸擴(kuò)展的包含關(guān)系,其所包含的編碼工具和相互關(guān)系如表2所示。 

       

2.變換方法

        由于FRExt針對(duì)高分辨率的視頻圖象,因此,為了得到更好的編碼效率,在FRExt里增加了一種整數(shù)8%8變換方法,變換矩陣為: 

        

        其計(jì)算精度為(8+n)位,其中輸入視頻樣本為n位精度。該變換方法可以通過蝶形方式快速實(shí)現(xiàn),其計(jì)算復(fù)雜度比H.264中的4%4變換方法稍多一點(diǎn),見表3所示。 

        

        在編碼過程中,對(duì)于每個(gè)宏塊MB編碼器選擇采用4%4變換還是8%8變換,但是,對(duì)于幀間宏塊,如果采用8%8子劃分方式(即采用4%8、8%4、4%4模式),則亮度分量采用4%4變換方法;而對(duì)于幀內(nèi)宏塊,如果亮度分量采用8%8預(yù)測(cè)方法,則亮度分量采用8%8變換方法。

3.幀內(nèi)預(yù)測(cè)方法

        在H.264基本部分中,有16%16和4%4兩種預(yù)測(cè)模式,前者包括4個(gè)預(yù)測(cè)方向,后者包括9個(gè)預(yù)測(cè)方向,F(xiàn)RExt增加8%8預(yù)測(cè)模式,包括與4%4類似的9個(gè)預(yù)測(cè)方向,并且,8%8預(yù)測(cè)還增加了對(duì)參考樣本點(diǎn)的預(yù)濾波處理過程,即在預(yù)測(cè)前對(duì)參考樣本點(diǎn)進(jìn)行低通濾波處理。

4.量化方法

        類似于MPEG-2,F(xiàn)RExt量化方法采用了基于感知的量化因子矩陣,包括針對(duì)幀內(nèi)和幀間塊的兩種類型矩陣。該方法不以提高客觀質(zhì)量(如PSNR值)為目標(biāo),而以提高主觀質(zhì)量為考慮點(diǎn)。

5.熵編碼方法

        與4%4類似,F(xiàn)RExt中8%8掃描方式也包括zig-zag和場(chǎng)掃描兩種掃描方式。FRExt對(duì)CABAC編碼的上下文模型(contextmodels)進(jìn)行了擴(kuò)展。

6.色度空間

        與以前的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)一樣,H.264基本部分是按照YCbCr色度空間進(jìn)行編碼的,其轉(zhuǎn)換方法為:

      例如,可取KR=0.2126,KB=0.0722。

      FRExt采用了一種新的色度空間YCgCo,其變換方法為:

      YCgCo可以減少轉(zhuǎn)換過程的計(jì)算復(fù)雜度、提高編碼效率。

7.無損編碼

        在H.264基本部分里,通過PCM宏快模式可以支持無損編碼或者對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行無損編碼。在PCM宏快模式里,樣本值將直接進(jìn)行編碼,而不需要進(jìn)行預(yù)測(cè)、變換和量化。FRExt采用了更為有效的無損編碼方法,不進(jìn)行變換,但對(duì)樣本值采用預(yù)測(cè)和熵編碼的方法。

三、FRExt編碼性能和應(yīng)用分析

         經(jīng)測(cè)試,就高清視頻編碼來說,在相同配置情況下,Highprofile(HP)可以比Mainprofile(MP)節(jié)省10%的碼流量,比MPEG-2MP節(jié)省60%的碼流量。就單色靜止圖象壓縮來說,當(dāng)采用全幀內(nèi)編碼(INTRA)模式時(shí),H.264 HP可以比JPEG-2000平均提高0.5dB。幾個(gè)具體測(cè)試數(shù)據(jù)可以參見圖1、圖2和圖3。 

        

          

          

        由于H.264FRExt(Highprofile)具有更好的編碼性能,因此,自從JVT完成H.264FRExt標(biāo)準(zhǔn)制定工作后,原來采用H.264 Main profile的應(yīng)用(例如,高清電視、HD-DVD等)都傾向于采用High profile,例如,DVB在TS 101 154 和TS 102 005中采用HP為衛(wèi)星、光纜和地面廣播中的視頻標(biāo)準(zhǔn),DVD論壇的HD-DVD規(guī)定HP為每一個(gè)解碼器的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)之一,藍(lán)光標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(Blu-Ray Disc Association)BDA在其BD規(guī)范中規(guī)定HP為每一個(gè)解碼器的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)之一??梢灶A(yù)見,H.264 FRExt(High profile)標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)在高清視頻應(yīng)用領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。

四、結(jié)束語

        針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域,H.264視頻標(biāo)準(zhǔn)提供了Baseline、Extended、Main、High、High10、High4:2:2和High4:4:4一共7個(gè)profile,其中Baseline profile已經(jīng)應(yīng)用于3GPP、會(huì)議電視、可視電話等實(shí)時(shí)通信領(lǐng)域,Main profile已經(jīng)應(yīng)用于ISMA等流媒體領(lǐng)域,High profile已經(jīng)應(yīng)用于DVB、HD-DVD等廣電和存儲(chǔ)領(lǐng)域。

 

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